농촌진흥청(청장 조재호)은 유전자가위 기술인 크리스퍼 카스9를 활용해 기존 배추와 플라보노이드 조성이 다른 배추 육종 소재를 개발하는 데 성공했다.

유전자가위 기술은 특정 유전자 염기 서열을 인식하고 그 부위의 염기 서열에 변이를 일으키는 기술로 식물 형질에 관여하는 유전자를 제거, 수정, 삽입함으로써 형질의 변화를 일으키는 데 활용하고 있다.

우리가 즐겨 먹는 배추는 맛이 좋고 수확량이 많은 품종으로 개량되면서 여러 플라보노이드 중 켐페롤 성분이 대부분인 품종이 주류가 됐다.

* 켐페롤: 플라보노이드 계열에 속하는 플라보놀 중 하나로 항산화 특성을 가짐.

이에 농촌진흥청은 서로 다른 효능을 가진 천연 플라보노이드 종류와 함유량을 높인 새로운 배추 육종 소재를 개발하기 위해 차세대농작물신육종기술개발사업에 참여해 연구를 수행했다.

연구진은 우선 김장 배추 유전체 안에 켐페롤, 쿼세틴 등 플라보놀을 생성하는 플라보놀 합성효소(flavonol synthase, FLS) 7개가 존재하는 것을 확인했다.

또한, 이들 중 FLS1 유전자가 플라보놀 합성에서 가장 중요한 역할을 한다는 것을 밝히고, 이 유전자를 편집하면 플라보놀의 전구물질인 다이하이드로 쿼세틴(DHQ)을 생성할 수 있을 것으로 예상했다.

◇FLS1 유전자편집 배추의 주요 농업특성◇

A. 배추 사진, B. 결구 무게, 잎 길이, 잎 넓이, 중륵 길이, 중륵 폭

이 연구 결과를 바탕으로 유전자가위 기술을 적용해 배추에서 FLS1 유전자를 제거한 결과, 켐페롤과 쿼세틴 함량이 낮아지고 다이하이드로 켐페롤과 다이하이드로 쿼세틴이 새로 생기는 것을 확인할 수 있었다.

다이하이드로 쿼세틴은 항산화, 항염, 항암효과 등 다양한 기능성을 갖는 물질로 알려져 있다.

이번 연구 결과는 국제학술지인 Horticulture Research (IF=8.7)에 게재됐으며, 관련 특허도 ‘CRISPR/Cas9 시스템을 이용한 디하이드로쿼세틴을 생산하는 식물 제조 방법(10-2023-0074459호)’으로 출원 완료했다.

농촌진흥청 이시철 생물소재공학과장은 “이번 연구 성과는 유전자가위 기술을 활용해 다양한 배추 육종 소재를 개발하는 기초기술을 확보한 것에 큰 의의가 있다.”라며, “앞으로 우리 농산물의 부가가치를 높이고 정부혁신 정책목표인 친환경 생명 공학(그린바이오) 산업 육성 기반을 마련하기 위해 노력하겠다.”라고 말했다.